首次发布苏铁“植物界大熊猫”全基因组图谱

近日，科学家完成了苏铁的基因组分析，并发布了苏铁的完整基因组图谱，这意味着种子植物基因组进化研究中的最后一个谜题已经顺利完成。4月18日《自然-植物》 (Nature Plants)发表了研究结果，并附有封面文章。据悉，该研究成果是公开共享的，世界各地的科学家都可以免费下载使用。

苏铁是地球上现存最古老的种子植物，是著名的“活化石”植物。它的起源可以追溯到大约3亿年前，在侏罗纪时期达到顶峰，曾经和恐龙一起统治了整个地球。

苏铁经历了两次大灭绝，几次冰期等诸多考验。它在这个星球上生存了上亿年，如今却濒临灭绝。目前，苏铁被IUCN红色名录列为极度濒危物种，也是我国国家重点保护植物。2008年，中国政府牵头的第一个“珍稀濒危植物回归”项目就是关于苏铁的保护。

据了解，苏铁作为最原始的种子植物，被誉为“植物界的大熊猫”。但苏铁的基因组较大，结构复杂，给科学研究增加了很多难度。在现存最原始的种子植物中，只有苏铁科一直缺乏完整的基因组图谱。

2017年，深圳华大生命科学研究院(以下简称华大院)、深圳胡仙植物园、中科院昆明植物研究所联合启动苏铁基因组计划。华大研究院研究员刘欢介绍，该项目选取了苏铁最基本的类群——攀枝花苏铁作为测序材料，这也是中国特有的古老遗迹物种，吸引了国际顶尖的植物学专家。最终，国内外22个机构和60多名科学家参与了该项目。研究成果和数据被公开共享，全世界的科学家都可以免费下载和使用。

研究团队基于339种苏铁的转录组数据，重建了苏铁的系统发育关系，确定了苏铁进化的完整历史。分子钟分析表明，现存苏铁的多样化发生在1100万年至2000万年前，是中新世以来剧烈气候变化的结果。

此外，关于裸子植物的共同祖先是否经历了全基因组加倍，一直存在争议。发现随着种子植物的起源，许多关键创新性状如种子发育、花粉和次生生长相关基因家族被创新或扩展。在种子植物的祖先节中共发现663个新获得的基因家族和368个扩展的基因家族。推断现存裸子植物最近的共同祖先可能经历了一次古老的全基因组复制事件。

还发现苏铁种子的毒性限制了苏铁的食用功能，但仍发挥了重要的社会效益。研究团队在攀枝花苏铁的基因组中发现了一个细胞毒素蛋白基因(fitD)，该基因来源于细菌，通过水平基因转移的方式转移到真菌和攀枝花苏铁中。深圳胡仙植物园张寿洲教授介绍，“这次发现的有毒蛋白质可以杀死一些常见的昆虫，如棉铃虫和小菜蛾。目前已通过基因重组技术成功应用于棉花。经证明，其杀虫效率高于现有抗虫棉，可在棉花种植中推广。此外，这种有毒蛋白质的植物来源也使它对玉米等作物更安全、更有保护作用。”